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Reaktionen von Gerstegenotypen auf erhöhte CO2-Konzentrationen

Projekt

Unterschiedliche Genotypen von Wintergerste unter experimenteller CO2-Begasung (c) Thünen-Institut/BD
Unterschiedliche Genotypen von Wintergerste unter experimenteller CO2-Begasung (© Thünen-Institut/BD)

Anpassung der landwirtschaftlichen Pflanzenproduktion an den Klimawandel: Untersuchung der Reaktionen verschiedener Gerstegenotypen auf zukünftige atmosphärische CO2-Konzentrationen als Grundlage zur züchterischen Optimierung des sog. "CO2-Düngeeffektes"

Für die Anpassung der Landwirtschaft an den Klimawandel wird die Vielfalt von Kultur- und Wildpflanzen in Agrarlandschaften eine entscheidende Rolle spielen. Dazu muss bekannt sein, welche Potenziale innerhalb von Kulturpflanzen zur Anpassung an den Klimawandel stecken. Wir untersuchen hierzu die Rolle des sog. CO2-Düngeeffektes, d.h. der grundsätzlich positiven Wachstumsreaktion von Kulturpflanzen auf die sehr rasch zunehmende CO2-Konzentration in der Atmosphäre.

Hintergrund und Zielsetzung

Bei weiter steigender CO2-Konzentration in der Atmosphäre stellt sich die Frage, wie sich die „Ressource CO2“ für Kulturpflanzen zukünftig gezielter als bisher nutzen lässt bzw. unter welchen Bedingungen dies möglich ist. Feldversuche zur systematischen Überprüfung der Reaktionsbreite bei Gerste auf erhöhte CO2-Konzentrationen liegen allerdings derzeit noch nicht vor. Offen ist auch, ob bzw. wie die phänotypischen Reaktionen genetisch unterlegt sind.

Unter Feldbedingungen untersuchen wir die Wachstums- und Ertragsreaktionen einer umfangreichen Gerstenpopulation (100 Genotypen), um Sorten mit maximaler CO2-Reaktion zu identifizieren, und um daraus die Grundlagen für eine züchterische Optimierung  der CO2-Einbindung unter zukünftigen Klimabedingungen zu schaffen.

Vorgehensweise

In Zusammenarbeit mit dem Institut für Resistenzforschung und Stresstoleranz des JKI und vier Züchtungsunternehmen untersuchen wir in Feld-Expositionskammern über drei Jahre die relativen Wachstums- und Ertragsreaktionen von 100 diversen Genotypen von Wintergerste auf einen erhöhten CO2-Gehalt in der Atmosphäre. An die Phänotypisierung schließen sich genetische Assoziationsanalysen zur Identifizierung von Genomregionen mit Beteiligung an der Variation in der CO2-Ausnutzung an.

Ergebnisse

Die bisherige Auswertung ergab, dass sich die Genotypen im Hinblick auf Wachstum und Kornertrag signifikant in ihren Reaktionen auf das erhöhte CO2-Angebot unterscheiden, wobei die sechszeiligen Genotypen deutlich stärker reagieren als die zweizeiligen. Für die relativen Zuwächse konnten signifikante Assoziationen mit SNP Markern des 9k Barley ISelect Illumina Infinium HD SNP Chip nachgewiesen werden. Durch die Re-Sequenzierung von Kandidatengenen ließen sich allelische Unterschiede in hypothetisch CO2-responsiven Genen nachweisen. Die Ergebnisse werden in weiteren Assoziationsstudien eingesetzt.

Thünen-Ansprechpartner


Beteiligte Thünen-Partner


Beteiligte externe Thünen-Partner


Geldgeber

  • Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (BLE)
    (national, öffentlich)

Zeitraum

1.2011 - 12.2014

Weitere Projektdaten

Projekttyp:
Förderprogramm: Innovationsförderung
Projektstatus: abgeschlossen

Publikationen

Anzahl der Datensätze: 4

  1. Weigel H-J, Bender J (2014) Air pollutants: Elevated carbon dioxide. In: Wang Y (ed) Encyclopedia of natural resources. Boca Raton: CRC Press ; Taylor & Francis, pp 925-929, DOI:10.1081/E-ENRA-120049199
  2. Mitterbauer E, Ordon F, Habekuß A, Erbs M, Enders M, Kilian B, Weigel H-J, Giesemann A, Bender J (2013) Untersuchungen der Reaktionen verschiedener Gerstegenotypen auf zukünftige CO2-Konzentrationen als Grundlage zur züchterischen Optimierung des "CO2-Düngeeffektes". In: Arbeitstagung 2012 der Vereinigung österreichischer Pflanzenzüchter und Saatgutkaufleute am LFZ Raumberg-Gumpenstein. Gumpenstein, pp 65-68
  3. Bender J, Weigel H-J (2011) Changes in atmospheric chemistry and crop health: a review. Agronomy Sustainable Dev 31(1):81-89, DOI:10.1051/agro/2010013
  4. Weigel H-J, Bender J (2009) Atmospheric composition - a threat to crop growth and health? In: Feldmann F, Alford DV, Furk C (eds) Crop plant resistance to biotic and abiotic factors : current potential and future demands ; proceedings of the International Symposium on Plant Protection and Plant Health in Europe. Braunschweig: DPG-Selbstverl, pp 22-31